Разработка вторичного эталона единицы длины для измерения уровня жидкости, страница 4

Например, если использовать в качестве лотового датчика уровня жидкости электроконтактный щуп (иглу), обладающий в случае электропроводной незагрязненной рабочей жидкости (например, воды) высокой чувствительностью, можно в принципе получить точность фиксации уровня жидкости не хуже 0,1мм [1].

Сопрягая такой датчик уровня жидкости с мерным линейным элементом (металлическая лента с линейной шкалой), с помощью которого он транспортируется к поверхности жидкости; или с металлической лентой, не градуированной в единицах длины, но сопряженной с датчиком угловых перемещений (например, через намоточный барабан), являющийся в этом случае высокоточным преобразователем угловых перемещений в линейные, можно достичь относительно простыми измерительными средствами высокой точности измерений уровня жидкости. В простейшем случае аппаратурной реализации такого метода осуществляются циклические измерения уровня жидкости, что приемлемо для обсуждаемого применения измерительного средства в качеств вторичного эталона. Для повышения точности фиксации уровня жидкости при применении мерной градуированной в единицах длины ленты (рулетки), на которой подвешивается электроконтактный лотовый датчик, может быть использовано нониусное устройство, повышающее точность отсчета измеряемого расстояния до поверхности жидкости при применении рулетки с миллиметровыми делениями, например, до 0,1мм.

Учитывая вышесказанное для решения поставленной измерительной задачи целесообразно использовать лотовый уровнемер с мерной рулеточной лентой и нониусной шкалой, снабженный простым электроконтактным датчиком, основанным на изменении сопротивления в измерительной цепи (источник напряжения – электроконтактная игла – поверхность жидкости– измеритель тока) в момент касания датчика поверхности воды.

Для повышения производительности и удобства работы при проведении измерений в данном методе целесообразно использовать электромотор для спуска и подъема электроконтактного датчика и автоматическое электронное устройство для фиксации момента касания датчиком поверхности жидкости.

2  Основная часть

2.1  Разработка структурной схемы вторичного эталона единицы длины для уровня жидкости

Эталон действует по принципу лотового уровнемера и определяет уровень жидкости по длине мерной ленты, на которой подвешен электроконтактный опускаемый датчик уровня жидкости (ОДУ - э). На уровне считывания показаний с рулетки устанавливается вспомогательное считывающее устройство с нониусной шкалой, обеспечивающее визуальный отсчет результатов с рулеточной ленты, по крайней мере, с точностью 0,1мм. Для удобства дистанционного считывания результатов может быть дополнительно использована портативная видеокамера с монитором, с экрана которого оператор считывает результаты измерения.

Длина участка мерной рулеточной ленты при опускании ОДУ-э от верхнего (начального, установочного) уровня до фактического уровня жидкости в резервуаре определяет величину измеряемого уровня жидкости.

Для измерения уровня электропроводной жидкости в диэлектрических емкостях необходимо опустить в жидкость металлический электрод (например, в виде пластины), соединенный проводом с измерительной цепью.

Особенностью данного эталона является применение комбинированного электроконтактного-лотового метода, что позволяет использовать эталон для измерений уровня только электропроводных жидкостей, в частности воды.

В состав эталона входят:

1.  первичный преобразователь, включающий опускаемый на мерной рулеточной ленте электроконтактный датчик (ОДУ-э) и электромеханический узел спуска-подъема датчика;

2.  вторичный преобразователь, с помощью которого осуществляется: управление первичным преобразователем, аппаратурная фиксация с помощью электронной аппаратуры момента достижения электроконтактным лотом поверхности жидкости, визуализация результатов измерений.

Структурная схема эталона приведена на рисунке 2.1, где используются следующие обозначения:

1.  -электроконтактный опускаемый датчик уровня жидкости;

2.  -мерная рулеточная лента;

3.  -намоточный барабан;

4.  -пульт управления;

5.  -блок управления электроприводом;

6.  -электропривод;

7.  -автоматическое электронное устройство фиксации уровня жидкости;

8.  -видеокамера;

9.  -монитор;

10. -резервуар с емкостью (жидкостью);

11.  -блок питания.

12. –концевой выключатель.

Работа эталона заключается в следующем: в исходном состоянии ОДУ-э находится в упорное верхнее положение. Измерение уровня жидкости в резервуаре осуществляется циклически. Оператор, манипулируя органами управления на пульте управления 4, включает через блок управления электроприводом 5 электропривод 6 и ОДУ-э начинает опускаться вертикально вниз с определенной скоростью.

Датчик лотового уровнемера представляет собой двухуровневый электроконтактный щуп, который выполнен в виде цилиндрического металлического груза, снабженного двумя иглообразными стержнями различной длины. При соприкосновении иглы 1 с поверхностью жидкости срабатывает электронное устройство 7, вырабатывающее сигнал 1 – “снижение скорости электропривода”, который поступает на блок управления электроприводом и понижает скорость опускания лота. При соприкосновении иглы 2 с поверхностью жидкости устройство 7 вырабатывает сигнал 2 – “остановка двигателя”.

Измеряемый уровень жидкости в резервуаре определяется по формуле:, где  – расстояние от установочного начального расположения датчика до дна резервуара, являющееся постоянной и предполагаемое известным;  – расстояние, считываемое по шкале нониуса мерной рулеточной ленты после фиксации поверхности жидкости;  – длинна тела ОДУ-э от верхнего упорного конца до конца короткой иглы 2.

Для удобства определения расстояния по длине мерной ленты используется видеокамера 8 и монитор 9, с помощью которого на экране монитора получают дистанционную картину линейной шкалы в увеличенном виде.